5.3相对论的时空观与宇宙基础巩固（Word版含答案）

5.3相对论的时空观与宇宙基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．若宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系，当他发现飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底时，他作出的如下判断中，正确的是（ ）
A．此飞船一定是停在某个星球的表面上
B．此飞船一定是正在远离任何天体的空间加速飞行
C．此飞船可能是停在某个星球的表面上，也可能是正在远离任何天体的空间加速飞行
D．此飞船可能是在远离任何天体的空间中匀速飞行
2．如果真空中的光速为c=3.0×108 m/s，当一个物体的运动速度为v1=2.4×108 m/s时，质量为3 kg．当它的速度为1.8×108 m/s时，其质量是 （ ）
A．2.25 kg B．2.50 kg
C．3.00 kg D．2.10 kg
3．在1905年爱因斯坦提出了狭义相对论理论，此理论建立的前提有两个假设条件以及在相对论理论下观察到的不同现象，如果有接近光速运动下的物体时间和空间都会发生相应的变化，下列说法中正确的是（　　）
A．在不同的惯性参考系中，一切物体的规律是不同的
B．真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的
C．物体在接近光速运动时，它沿运动方向上的长度会变大
D．狭义相对论只适用于高速运动的物体，不适用于低速运动的物体
4．如图所示，竖直墙上挂着一面时钟，地面上的静止的观察者A观察到钟的面积为S，另一观察者B以0.8倍光速平行y轴正方向运动，观察到钟的面积为S′．则S和S′的大小关系是(　　)
A．S>S′ B．S＝S′
C．S5．惯性系S中有一边长为l的正方形，从相对S系沿x方向以接近光速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是( )
A． B．
C． D．
6．迄今发现的二百余颗太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“Gliese581”运行的行星“Gl-581c”却很值得我们期待．该行星的温度在0℃到40℃之间，质量是地球的6倍，直径是地球的1.5倍，公转周期为13个地球日．“Gliese581”的质量是太阳质量的0.31倍．设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则（ ）
A．在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同
B．如果人到了该行星，其体重是地球上的倍
C．该行星与“Gliese581”的距离是日地距离的倍
D．由于该行星公转速率比地球大，地球上的米尺如果被带上该行星，其长度一定会变短
7．下列说法正确的是（　　）
A．可以利用紫外线的热效应对物体进行烘干
B．根据麦克斯韦的电磁理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波
C．光的偏振现象证明了光是一种纵波
D．火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后的距离变小了
8．在地面附近有一高速飞行的宇宙飞行器，地面上的人和宇宙飞行器中的宇航员观察到的现象，正确的是
A．地面上的人观察到宇宙飞行器变短了
B．地面上的人观察到宇宙飞行器变长了
C．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变慢了
D．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变快了
9．关于相对论及相关问题，下列说法正确的是（　　）
A．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中，物理规律可能不同
B．当物体运动速度时，物体的质量，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用
C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，如分析地球上物体的运动就不必考虑质量变化
D．按照相对论理论，一个真实的静止质量不为零的物体相对任何惯性参考系的速度有可能超过光速
10．下列说法不正确的是（ ）
A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉
B．玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的衍射现象
C．光的偏振现象证实了光是横波．
D．不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的
11．在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的人和火箭中的人观察到的现象中正确的是（　　）
A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变快了
B．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了
C．火箭上的人观察到火箭的长度和时间进程均无变化
D．火箭上的人看地面物体长度变短，时间进程变慢了
12．爱因斯坦建立了广义相对论，并根据这一理论推导得出三个著名的预言：水星轨道近日点的进动；太阳引起的光线偏折；光波的重力红移。经过科学实验的检验，最终证实这些预言的理论计算与实验结果都能吻合。这说明广义相对论（　　）
A．是人类对客观世界的最终反映
B．被观察结果证实了理论的合理性
C．是客观事实检验过的绝对真理
D．比牛顿引力理论更具实用价值
13．根据狭义相对论下列说法正确的是（ ）
A．一根竹竿沿着垂直于竹竿方向高速运动时，竹竿的长度会缩短
B．对于确定的物体，无论运动速度有多大，物体的质量都不会改变
C．宇宙飞船高速经过地球附近时，地球上的人观察飞船上的时钟变慢了
D．宇宙飞船高速经过地球附近时，飞船上的人观察飞船上的时钟变慢了
14．一艘太空飞船静止时的长度为30 m，它以0.6c（c为光速）的速度沿长度方向飞行越过地球，下列说法正确的是
A．飞船上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
B．地球上的观测者测得该飞船的长度小于30 m
C．飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c
D．地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c
15．能用来计时的钟表有多种，如图所示，从左到右依次为沙漏计时仪器、电子表、机械闹表、生物钟。由相对论的知识可知，物体的运动可以使得某一种计时仪器变慢，则也一定能使所有的计时仪器变得一样慢。则对上述表述理解正确的是( )
A．正确，对各式计时仪器的影响一定相同
B．错误，对各式计时仪器的影响不一定相同
C．AB两个选项分别说明了两种不同情况下的影响
D．以上答案均错误
二、填空题（共4题）
16．一张宣传画5m见方，平行地贴于铁路旁边的墙上，一超高速列车以2×108m/s的速度接近此宣传画，这张画由司机测量时的宽度为______m，高度为______m。
17．如图所示，一列火车以速度v相对地面运动，地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁。若此光源安放在地面上，则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁；若此光源安放在火车上；则火车上的人的测量结果是闪光先到达________（选填“前”或“后”）壁。
18．（1）按照狭义相对论的观点，在太空中“迎着”光飞行的宇宙飞船上，观察者测得的光速___________（选填“大于”、“等于”、“小于”，其中为真空中的光速）。
（2）由于狭义相对论效应，北斗卫星导航系统卫星上的原子钟会因为高速运动而导致时间___________（选填“变慢”或“变快”），这些时钟如果不加以校正的话，系统每天将累积很大的定位误差，因此，这些卫星的软件需要计算和抵消相对论效应，确保定位准确。
19．如图所示，甲乘坐速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的乙，乙的飞行速度为0.5c，乙向甲发出一束光进行联络，则甲观测到该光束的传播速度是___________（选填“c”“1.4c”或“0.4c”）；若地面上的观察者和甲、乙均戴着相同的手表，且在甲、乙登上飞船前已调整一致，则三人的手表相比___________（选填“甲最慢”“乙最慢”或“示数相同”）
三、综合题（共4题）
20．在静止坐标系中的正立方体边长为l0，另一坐标系以相对速度v平行于正立方体的一边运动。问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？
21．查阅资料，了解时空弯曲的天文学依据，写一篇相关的科技报道，在班组会上交流。
22．一飞船以u＝9×103m/s的速率相对于地面飞行，飞船上的钟走了5s，用地面上的钟测量经过了多长时间？
23．远方的一颗星以0.8c的速度离开地球，测得它辐射出来的闪光按5昼夜的周期变化，求在此星球上测其闪光周期为多大？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
2．A
3．B
4．A
5．C
6．B
7．D
8．A
9．C
10．B
11．A
12．B
13．C
14．B
15．A
16． 3.7 5
17． 前 前
18． 等于 变慢
19． c 甲最慢
20．l03
21．
在爱因斯坦的广义相对论里，引力被认为是时空弯曲的一种效应。这种弯曲是因为质量的存在而导致。通常而言，在一个给定的体积内，包含的质量越大，那么在这个体积边界处所导致的时空曲率越大。当一个有质量的物体在时空当中运动的时候，曲率变化反应了这些物体的位置变化。在某些特定环境之下，加速物体能够对这个曲率产生变化，并且能够以波的形式向外以光速传播。这种传播现象称之为引力波。在过去的六十年里，有许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在做出了无数努力。其中最著名的要数引力波存在的间接实验证据--脉冲双星PSR1913+16。1974年，美国麻省大学的物理学家泰勒（Joseph Taylor）教授和他的学生赫尔斯（Russell Hulse）利用美国的308米射电望远镜，发现了由两颗质量大致与太阳相当的中子星组成的相互旋绕的双星系统。泰勒和他的同行在之后的30年时间里面对PSR1913+16做了持续观测，观测结果精确地按广义相对论所预测的那样：周期变化率为每年减少76.5微秒，半长轴每年缩短了3.5米。这是人类第一次得到引力波存在的间接证据。
22．5.000000002s
23．3(昼夜)
答案第1页，共2页